Жидкость в бетон при морозе

Для начала разберемся с терминологией:

1. Бетон – искусственный камень, который получают путем заливки смеси в форму или опалубку.
2. Бетонная смесь – жидкость, состоящая из воды, цемента, песка и щебня.
3. Добавки в бетон – вещества, которые модифицируют определенные показатели бетонной смеси и будущего бетона.

Есть ли плюсы у зимних бетонных работ

В целом работа с бетоном в суровых условиях низких температур влечет дополнительные сложности, но невозможно прекращать стройку на полгода всякий раз с наступлением осени, к тому же, у зимних работ есть и существенные плюсы:

1. Зимние скидки на строительные материалы и спад востребованности рабочей силы позволяют сэкономить.
2. Зимой можно бетонировать фундаменты на слабом или хрупком грунте.
3. Замерзшие подъездные пути позволяют без проблем доставить на стройку тяжелую технику и материалы.

Что такое противоморозные добавки в бетон

Противоморозные добавки в бетон – это группа строительных материалов, предназначенных для ввода в бетонную смесь с целью получения стойкости к морозу. Здесь следует оговориться.

Согласно СНиП и ГОСТ, производство бетонных работ допускается при температуре не ниже 5 градусов. Это значит, что бетонирование в зимнее время требует определенных условий. Иными словами, объект необходимо подогреть. Можно прогревать первые три дня до набора первичной прочности, а потом подождать весны.

Если мы не хотим ждать или у нас нет возможности долго подогревать помещение, тогда следует использовать противоморозные добавки в бетон. Они делятся на 3 группы:

• Антифризы – снижают точку замерзания воды;
• ПМД – ускоряют набор прочности и снижают потребность в воде;
• Комплексные препараты – сочетают свойства пластификатора, ПМД и антифриза в зависимости от назначения.

Чаще всего используют ПМД и комплексные препараты, так как не все антифризы подходят для изготовления напряженных и железобетонных конструкций. Использование добавок не отменяет необходимости следовать правилам зимнего бетонирования, они снижают затраты времени и энергии.

То есть, под морозостойкостью понимают возможность укладывать смесь зимой при отрицательных значениях температуры. Значит, перед нами добавки в бетон, которые обладают дополнительными свойствами, делающими зимнее бетонирование менее затратным, а также ускоренным и более удобным.

Особенности зимнего бетонирования

Зимой основной враг качественного бетонирования – низкие температуры, которые оказывают негативное влияние на процессы, происходящие как при бетонировании, так и при твердении бетона.

Образование твердого вещества – бетона – происходит в результате реакции гидратации минералов, входящих в состав портландцемента. Чтобы эта реакция шла, необходима температура выше 0°С, поскольку при отрицательных температурах вода замерзает, и реакция гидратации прекращается.

Уже при температуре ниже 5°С скорость протекания реакции резко тормозится, и набор прочности бетона замедляется.

Низкие температуры вызывают следующие проблемы:

1. прекращение реакции гидратации;
2. рост внутреннего давления из-за промерзания и связанного с ним расширения материала;
3. образование кристаллов льда вокруг арматуры, что приводит к плохому сцеплению ее с бетоном;
4. получение бетона низкой прочности.

Основная задача зимой – обеспечить набор критической прочности бетона (30–50% от проектной прочности), после чего отрицательные температуры уже не оказывают негативного воздействия на бетон. Как правило, в оптимальных условиях критическая прочность достигается на 4–6-й день после укладки.

Поэтому зимой главное значение приобретает температура.

Температуру бетонной смеси измеряют до укладки, во время и после.

Почему необходимо применение добавок

Как мы уже говорили, одной из самых важных характеристик смеси является удобоукладываемость. Не менее важна прочность, этот показатель говорит нам о марке бетона.

Проблема заключается в том, что для приготовления бетонной смеси, которая затвердеет в камень с определенной, заранее установленной прочностью, необходимо соблюдать правильное отношение воды к цементу. При таком соотношении смесь получается жесткой, с ней неудобно, более того, чаще всего нереально работать. Многие решают эту проблему добавлением в смесь воды.

Решением является добавление другого вещества, которое сможет сделать смесь более подвижной. Так мы подходим к первой и основной группе добавок в бетон – пластификаторам.

Пластификаторы позволяют увеличить группу удобоукладываемости бетона с П2 до П5 без добавления лишней воды. В результате вы получите подвижную пластичную смесь с высокими показателями прочности будущего камня.

Кроме того, добавки позволяют:

1. Ускорить или замедлить процесс твердения.
2. Снизить температуру замерзания воды.
3. Увеличить вовлечение воздуха.
4. Снизить потребность смеси в воде.
5. Продлить срок жизни раствора в зимнее время.
6. Помочь набрать первичную 30% прочность в первые сутки без подвода тепла.

Важнейшим фактором успеха бетонирования является правильное применение добавок. Если мы возьмем ПМД в недостаточном количестве, то смесь не успеет набрать минимальную первичную прочность до момента замерзания, что приведет к снижению прочности.

Перерасход также неприемлем. Как и любая другая, строительная химия требует внимания к дозировке и правилам применения. Приведем пример с пластификатором.

Рассчитанное количество воды делим пополам. Пластификатор добавляем только в первую половину. Замешиваем смесь на порции с пластификатором, вторую порцию добавляем постепенно по мере достижения нужной подвижности. В результате немного воды остается, и мы улучшаем отношение В/Ц.

В случае порошкообразных добавок их следует предварительно растворить в небольшом количестве теплой воды и лишь потом добавлять в основную массу жидкости для затворения смеси.

Технология бетонирования в зимних условиях

В составе проекта производства работ разрабатываются мероприятия, которые обеспечивают:

1. Предотвращение замерзания бетонного раствора в период транспортировки, укладки и уплотнения.
2. Предупреждение замерзания свежеуложенного бетона вплоть до достижения критической прочности.
3. Благоприятные тепло-влажностные условия набора прочности твердеющего бетона.

Готовая бетонная смесь, поступающая на стройку, должна иметь температуру не ниже 5°С. Для этого замешивание производят на теплой (до 70°С) воде, а заполняющие материалы прогревают.

Поверхности под бетонирование и арматура должны быть прогреты близко к температуре бетонного раствора, для чего используется теплый или горячий воздух, но не пар и не вода.

При длительной транспортировке готовой бетонной смеси и невозможности использовать подогрев, применяют противоморозные добавки.

Различают два основных метода зимнего бетонирования:

1. теплый бетон;
2. холодный бетон.

Холодным называется бетон, который будет твердеть без подогревающих мероприятий. Обеспечить его твердение призваны специальные противоморозные добавки, которые снижают температуру замерзания воды и одновременно ускоряют реакции гидратации с тем, чтобы количество несвязанной воды в растворе как можно быстрее уменьшалось.

Широко распространенные противоморозные присадки – электролиты, соли Na и K, но их применение имеет некоторые ограничения:

1. натриевые соли не применяют в армированном бетоне, поскольку они приводят к коррозии арматуры;
2. некоторые виды портландцемента (например, высокощелочные или полученные из клинкера с высоким содержанием алюмосиликатов) не применяются совместно с электролитами;
3. соли натрия и калия не применяются в смесях с заполнителем потенциально реакционно-способных пород;
4. соли-электролиты должны проверяться опытным путем на образование высолов.

Современные комплексные противоморозные добавки не имеют недостатков солей-электролитов, обеспечивают возможность вести бетонные работы при низких температурах и обладают комплексным действием (не только противоморозным, но и пластифицирующим и другими).

Теплым называют бетон, который после укладки подвергается различным прогревающим и обогревающим процедурам.

При домашнем строительстве бетонирование в условиях отрицательных температур допустимо для объектов невысокой важности.

Для самостоятельных работ используют замес на подогретой (не выше 70°С) воде.

Порядок закладки компонентов бетонной смеси меняют: сначала в воду засыпают крупный заполнитель, затем песок и цемент.

В домашних условиях применение прогрева бетона или устройства тепляков не выгодно; на первый план выходят специальные противоморозные добавки, которые позволяют успешно проводить бетонные работы в зимнее время.

В зимнее время для понижения температуры замерзания свободной воды в бетонный раствор добавляют соль (хлорид натрия) или другие соли натрия и калия, которые работают как электролиты.

Применение солей может привести к коррозии арматуры и появлению высолов на готовом бетоне. Оптимальный вариант – использование комплексных противоморозных добавок и пластификаторов.

Заливка бетона зимой технически сложными способами

Производство добавок в бетоны и строительные растворы регламентируется ГОСТ 24211-2008. Именно этот документ содержит исчерпывающие требования, это межгосударственный стандарт, излагающий общие технические условия производства добавок.

Здесь учтены положения регионального стандарта ЕН 934-2:2001. В документе определяются все критерии эффективности, классификация веществ, их взаимодействие и работа в смесях. Любой ответственный производитель должен выполнять требования ГОСТ.

До недавнего времени, наиболее распространенным и действенным считался способ предварительного разогрева составляющих раствора до определенной температуры, после чего готовился теплый раствор и заливался.

Температура монолита поддерживалась искусственным путем до набора прочности не менее 50%.

• Но с каждым годом цена на энергоносители растет, и такие технологии сильно увеличивают себестоимость строительства. Здесь уже не столь важно, чем разогревать бетон — электричеством, паром или иными энергоемкими способами.
• В середине прошлого века нашим ученым И.А.Кириенко был предложен еще один действенный способ прогрева монолита. Условно его назвали методом «Термоса». Общая инструкция достаточно проста, вокруг ЖБИ создается теплоизолирующее покрывало. В зависимости от температуры окружающей среды бетон мог прогреваться за счет внутренних процессов или энергоносителем извне.
• В последнее же время наука сделала качественный рывок в создании химически активных добавок, которые позволяют вести работы при круглосуточной минусовой температуре. Безусловно, это очень удобно, присадок существует несколько и о наиболее распространенных мы сейчас побеседуем.

Целесообразно использование технически сложных способов зимнего бетонирования с применением утепленной опалубки, электродов для подогрева, укладки нагревающего кабеля и т.д. Эти методы требуют проведения тщательных предварительных расчетов.

Варианты состава добавок, преимущества и недостатки каждого вида

Что добавлять в бетон при минусовой температуре, вопрос далеко не праздный. Полностью, на 100% универсального состава не существует.

Выбор зависит от многих факторов, прежде всего от самой температуры.

• Также большое влияние оказывает размер монолита. Плюс следует учесть предназначение изделия, дело в том, что разные добавки могут менять некоторые физические качества бетона и то, что подойдет для ленточного фундамента в частном доме, может не подойти для возведения моста или крупного наливного цоколя.

Как это работает

Как известно основной задачей воды в растворе является создание условий для кристаллизации составляющих раствора, силикатов, алюминатов и так далее. На языке профессионалов это называется гидратацией цемента.

Наиболее комфортно, без добавок, раствор застывает при температуре 15 — 20 ºС, все что выше и особенно ниже, нуждается в создании специальных условий.

• Главной задачей подобного рода присадок является снижение периода схватывания раствора и уменьшение времени созревания бетона при низких температурах. То есть снизить уровень замерзания воды и при этом не навредить остальным процессам, происходящим в растворе.

• Наиболее распространенными материалами для изготовления морозоустойчивых присадок смело можно считать соли монокарбоновых кислот, среди профессионалов этот состав известен как «Поташ». Цена на данные составы на отечественном рынке вполне приемлемая.
• Когда выполняется заливка бетона при минусовой температуре добавки монокарбоновых кислот, должны строго дозироваться. Для каждой температуры количество присадок разное, Такими добавками можно подготовить раствор к температуре до минус 30ºС. Чем ниже температура, тем больше состава потребуется.

• Следующим лидером нашего рынка является нитрит натрия. Цена на него также не сильно высока, но это вещество обладает сильным, едким, неприятным запахом. Кроме того данный состав легко может воспламениться. При контакте с некоторыми видами современных пластификаторов могут выделяться ядовитые, токсичные газы.

• Максимальная температура, которую может держать нитрат натрия, составляет не ниже -15ºС. Специалисты рекомендуют его использование при приготовлении растворов на портландцементе или на шлакопортландцементе. Добавлять эту присадку в глиноземистые цементы строго запрещено.
• Широкий спектр использования имеет формиат натрия и нитрат кальция. Кроме производства ЖБИ, эти присадки могут применяться в штукатурных растворах и растворах предназначенных для кладки кирпича. Но данные составы используются только в комплексе с пластификатором, так как из-за скопления солей, в монолите могут образовываться пустоты и высолы.

• Не стоит забывать об отечественных производителях, добавки из линейки морозо-пласт, морозо-стирол и т.д. Являются составами комплексного действия, после заливки благодаря процессам, происходящим внутри монолита, температура поддерживается естественным образом и при небольших морозах, вам достаточно просто хорошо укрыть бетон.

• По нормам СНиП 111-1-76, мороз опасен для бетона только на стадии набора прочности. Поддерживать определенную температуру в монолите нужно до определенного % крепости. Для каждой марки бетона этот процент индивидуален.
• После того, как монолит схватился, замораживание ему уже не настолько страшно, но и эксплуатировать ЖБИ еще не рекомендуется. Дело в том, что после оттаивания, изделие естественным путем будет дозревать. Активная фаза застывания монолита идет в течение 27 суток. После этого укрепление будет продолжаться еще несколько лет, но гораздо медленнее.
• Если в состав не вводились морозоустойчивые присадки, то для растворов с маркой М150 достаточно 50% прочности. Марки М200 – М300, могут замораживаться при 40% прочности. Для М400 и более, достаточно 30%. Но при использовании присадки, допустимая прочность перед замораживанием падает в среднем на 10%.

Существуют разные варианты состава добавок для бетона. Что имеется в виду? Здесь речь о том, что бывают комплексные препараты и чистые вещества.

Преимущество комплексных добавок очевидно: они скомпонованы грамотными химиками и готовы к использованию.

Здесь уже учтены такие нюансы, как совместимость компонентов, их взаимное потенцирование и ингибирование, коррозионная активность и прочее. Эта группа препаратов хорошо подойдет людям, занимающимся индивидуальным строительством или крупным застройщикам, которым необходим эффективный и готовый к применению комплекс.

Чистые вещества хороши тем, что их проще компоновать с другими добавками при изготовлении товарного бетона. Такую форму выпуска чаще используют крупные застройщики, бетонные заводы, а также строители, которые решают нестандартные задачи.

Как действуют добавки ПМД и Антифризы

Добавки для зимнего бетонирования можно разделить на две группы:

1. Антифризы. Вещества, которые понижают температуру кристаллизации воды. Широко применяют формиат натрия, нитрит натрия, поташ и аммиачную воду.
2. Ускорители набора прочности. Это различные сульфаты и вещества, которые не только ускоряют набор прочности, но и приводят к усиленному выделению тепла.

Действие первой группы добавок особой сложностью не отличается. Если добавить в воду соль, она не замерзнет. Следовательно, реакция гидратации цемента будет протекать даже в мороз. Правильно подобранная соль не только понизит температуру замерзания воды, но и защитит арматуру от коррозии. Пример – формиат натрия 25% от GOODHIM.

Вещества второй группы взаимодействуют с силикатами, которые реагируют с продуктами гидратации, что вызывает выделение дополнительного тепла, ускоренное перемешивание и ускоренный набор прочности. То есть мы боремся с другой проблемой зимнего бетонирования – замедлением реакции гидратации при пониженной температуре.

Примером удачной комплексной добавки может служить GOODHIM Frost Premium, а также GOODHIM Frost XKM с пластификатором. Оба препарата годятся для работ зимой при морозе до -25.

Возможные последствия зимнего бетонирования

Несоблюдение технологий укладки бетона зимой приводит к получению бетонных изделий пониженной прочности, с трещинами, высолами и прочими дефектами, а также к плохому сцеплению с арматурой. Изделия получаются недолговечными в эксплуатации.

Бетонные работы зимой – чаще всего, вынужденная мера, но и в этом случае есть свои преимущества. При выборе технологии проведения зимних работ учитываются многие факторы: тип конструкций, состав бетонной смеси, наличие оборудования и экономический эффект от их применения. Противоморозные добавки желательны к применению при выборе любого метода ведения бетонных работ зимой.

Как выбрать качественную добавку

При выборе добавки обращайте внимание на такие моменты:

• Наличие у производителя сертификатов соответствия ГОСТ;
• Наличие других сертификатов качества, в том числе добровольных.
• Страна происхождения добавок, ведь соотношение цены к качеству для нас важно.
• Состав препарата. Узнавайте, какой состав вам нужен и внимательно читайте инструкцию;
• Упаковка. Хорошая упаковка гарантирует сохранность препарата и его свойств.

Мы рекомендуем покупать добавки российского производства. Они дешевле при сравнимом качестве. Применяйте ПМД по назначению в соответствии с инструкцией, и ваш бетон будет служить веками.

---